风力发电技术是新能源应用技术专业的一门核心课程。通过该课程的学习，学生应了解我国风能资源及开发状况，风力发电的发展史，掌握风力发电的基本原理及特点，风力发电系统的结构、原理及运行方式，掌握风电机组运行操作与故障处理，风电设备的安装、调试、检修与维护，并会撰写分析报告。一般开设新能源专业的学校，其风力发电实训室具有模拟风场、风速风向仪、风机偏航控制系统、绝缘电阻测试仪、风力发电逆变器、风力发电机测试平台等设备，并针对这些设备开展相关实验。

（1）组装模拟风场实验。

①观察模拟风场的组成：模拟风场由轴流风机、轴流风机框罩、测速仪、风场运动机构、风场运动机构箱、单相交流机、电容器、连杆、滚轮、万向轮、微动开关、护栏组成，如图4-2所示。

图4-2　模拟风场装置

轴流风机安装在轴流风机框罩内，轴流风机框罩安装在风场运动机构上，轴流风机提供可变电源。

风场运动机构由传动齿轮链机构组成，单相交流电动机和风场运动机构安装在风场运动机构箱中，风场运动机构箱与风力发电机塔架用连杆连接。当单相交流电动机旋转时，传动齿轮链机构带动滚轮运动，风场运动机构箱围绕发电机的塔架作圆周旋转运动，当轴流风机输送可变风量时，在风力发电机周围形成风向和风速可变的风场。

测速仪安装在风力发电机与轴流风机框罩之间，用于检测模拟风场的风速。万向轮支撑风场运动机构。微动开关用于风场运动机构限位。

②练习组装模拟风场：将单相交流电动机、电容器安装在风场运动机构箱内，再将滚轮、万向轮安装在风场运动机构箱底部。用齿轮和链条连接单相交流电动机和滚轮。将轴流风机安装在轴流风机支架上，再将轴流风机和轴流风机支架安装在轴流风机框罩内，然后将轴流风机框罩安装在风场运动机构箱上，要求紧固件不松动。在风力发电机塔架座上安装2个微动开关。用连杆将风场运动机构箱与风力发电机塔架座连接起来。根据风力供电主电路电气原理图和接插座，焊接轴流风机、单相交流电动机、电容器、微动开关的引出线，引出线的焊接要光滑、可靠，焊接端口使用热缩管绝缘。整理上述焊接好的引出线，将电源线、信号线和控制线分别接插在相应的接插座中，接插座端的引出线使用管型端子和接线标号。

（2）风速风向测试实验。

①风速风向仪的工作原理：风速风向仪是专为各种大型机械设备研制开发的大型智能风速传感报警设备，其内部采用了先进的微处理器作为控制核心，外围采用了先进的数字通讯技术。系统稳定性高、抗干扰能力强、检测精度高，风杯采用特殊材料制成，机械强度高、抗风能力强，显示器机箱设计新颖独特、坚固耐用、安装使用方便。

②测量风速和风向：

风速测量：旋下手柄（电池仓）下侧端盖，取出内部电池架，按电池架上标示电池方向装上三节AAA7号电池后将电池架装于电池仓内，电池架安装时注意正极朝向内侧（电池架装反时，打开电源开关仪器无显示），旋上电池仓盖，按下底部电源开关，仪器初始化显示“16025”，随后即显示风速及风级数据，进行风速及风级的测量时，仪器左侧显示的两位数据为风级（单位为级），右侧显示的三位数据为风速（单位为m/s），风级显示精度为级，风速显示精度为0.1m/s。(www.daowen.com)

风向测量：在测量前应先检查风向部分是否垂直牢固地连接在风速仪风杯的回弹顶杆上，并下拉锁定旋钮向右旋转定位时，回弹顶杆将风向度盘放下，使锥形宝石轴承与轴尖相接。观测时应在风向指针稳定时读取方位读数。测量完成后，为了保护轴尖与锥形宝石轴承，应及时左旋转锁定旋钮并使其向上回弹复位，使回弹顶杆将风向度盘顶起并定位在仪器上部，使锥形宝石轴承与轴尖相分离。

（3）风机偏航控制系统实验。

①认识偏航控制系统结构：偏航控制系统一般分为两类：被动迎风偏航系统和主动迎风偏航系统。被动偏航系统多用于小型风力发电机组，当风向改变时，风力发电机通过尾舵进行被动对风。主动迎风偏航系统多用于大型风力发电机，由风向标发出的风向信号进行主动对风控制。由于风向经常变化，被动迎风偏航系统和主动迎风偏航系统都是通过不断转动风力发电机的机舱，让风力机叶片始终正面受风，增大风能捕获率。

小型风力发电机多采用尾舵达到对风的目的。自然界风速的大小和方向在不断地变化，因此，风力发电机组必须采取措施适应这些变化。尾舵的作用是使得风轮能随风向的变化而作相应的转动，以保持风轮始终与风向垂直。尾舵调向结构简单，调向可靠，至今还广泛应用于小型风力发电机的调向。尾舵由尾舵梁固定，尾舵梁另一端固定在机舱上，尾舵板一直顺着风向，所以使得风轮也对准风向，达到对风的目的。

②观察侧风偏航控制系统：定桨距风轮叶片在风轮转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，如果风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，输出功率降低，发电机不会因超负荷而烧毁。变桨距风轮可根据风速的变化调整气流对叶片的攻角，当风速超过额定风速后，输出功率可稳定地保持在额定功率上，特别是在大风情况下，风力机处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善。

小型风力发电机多采用定桨距风轮，本实训的风力发电系统安装了侧风偏航控制机构。该机构由直流电动机、接近开关、微动开关、传动小齿轮（减速作用）等构成。当测速仪检测到风场的风量超过安全值时，侧风偏航控制机构动作，使尾舵侧风，风力发电机风轮叶片将处于“失速”状态，风轮转速变慢，确保风力发电机输出稳定的功率；当风场的风量过大时，尾舵侧风90°，风轮转速极低，风力发电机将处于制动状态，保护发电机的安全。

（4）风力发电机性能测试实验。

①风力发电机测试平台的基本工作原理：风力发电机测试平台采用交流电动机带动风力发电机运转。交流电动机通过减速器与联轴器拖动永磁发电机转动，来模拟不同风况条件下永磁发电机的发电情况。发电机的输出通过开关连接到测试平台，测试平台通过测量负载电阻的电压、电流、功率等参数来研究发电机的转速与输出能量之间的关系。

②在测试平台安装风力发电机机头：如图4-3所示，将要测试的风力发电机组安装到测试平台上。

图4-3　风力发电机测试平台

③风力发电机性能测试：启动测试平台，依次测量风力发电机空载特性曲线，负载特性曲线，输出电压与转速关系曲线等特征曲线。